Основой для этой задачи стала байка о Вальтере Нернсте, классике термодинамики. Нернст на досуге разводил карпов. Ему сказали, что интереснее разводить кур. Тот ответил: "Я развожу таких животных, которые находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных – значит обогревать на свои деньги мировое пространство". На килограмм пищи карпы дадут в несколько раз бОльший прирост, чем куры, которые существенную часть полученной энергии потратят на производство тепла.
Посмотрим, какой может быть разница между животными, активно поддерживающими постоянную температуру тела и находящимися в относительном равновесии со средой.
Синица съедает килограмм насекомых. Удав съедает килограммовую морскую свинку. Сколько они прибавят в весе? Школьник-отличник и учитель-"гуру" уверенно ответят: по 100 грамм! Ничего подобного, и не только потому, что не бывает стограммовых синиц.
Эффективность ассимиляции для животных, питающихся насекомыми, – 60 процентов, а для поедателей мяса – 90. Эффективность чистой продукции мелких птиц – 1 процент, крупных рептилий – до 75 процентов. Синица прибавит 6 грамм (1000×0,6×0,01=6), а удав - две трети килограмма (1000×0,9×0,75=675).
Коснёмся ещё одного обстоятельства, важного при оценке "экологических задач". В задаче о дельфине спрашивали, сколько фитопланктона надо, чтобы он "вырос и смог существовать". У дельфинов, как у большинства млекопитающих, рост через некоторое время после достижения половозрелости резко замедляется, практически останавливается. Сколько нужно фитопланктона, чтобы мог существовать дельфин, который дорос до своих 400 кг и больше не растёт? В соответствии с логикой обсуждаемых задач – нисколько. Прибавка "дельфинятины" равна нулю, значит, для неё нужно ноль рыбы, ноль зоопланктона и ноль фитопланктона.
Когда я был школьником, меня удивило это обстоятельство. Я даже поделился сомнениями с самой крутой учительницей-методистом в городе, которая вроде как готовила меня к республиканской олимпиаде. Она сказала, что я рассуждаю неправильно, но не объяснила, почему ("Ты что, читать не умеешь? Считать нужно так, как написано!").
Интересно, те школьники, которым сегодня приходит в голову этот вопрос, получают столь же содержательные ответы? Я хотел было написать, что сочиняю эту колонку для них, но испугался. Нельзя! Вдруг они поймут, что учебно-методическая литература, по которой их учат уму-разуму, находится в глубоком разрыве с действительностью?
Обсуждаемые мною ошибки характерны не только для "Википедии". То же самое пишут и во всех школьных учебниках, и во всех учебниках экологии для небиологических специальностей, и даже в учебниках для биофаков педвузов! Представьте себе учителя, который сам учил "правило 10 процентов" и который много лет учит своих учеников пользоваться этой галиматьёй и на занятиях, и на олимпиадах, и при тестировании. Что он скажет неучу, доказывающему, что при переходе от растений к растительноядным 10 процентов не бывает никогда, а на всех следующих может получиться лишь случайно?
А потом ученики этих учителей попадают в университет - ко мне, например. Когда я предлагаю им тестовое задание, показанное на рисунке, они не решаются поверить собственным расчётам! Зря. Цифры в задании приведены по результатам корректного исследования, и ошибок в нём нет.
Одно из тестовых заданий, которые я использую при преподавании экологии. Схема построена в соответствии с "квадратом Одума"
Итак, задачи на "правило экологической пирамиды", несмотря на свою распространённость, – просто недоразумение. Они лишь навязывают учащимся ложные представления. "Правила экологической пирамиды" в научной экологии нет, в науке есть первое и второе начала термодинамики. Их достаточно для понимания, почему с уровня на уровень переходит уменьшающееся количество энергии. То, сколько энергии рассеивается, зависит от характера её преобразований.
И напоследок – бонус: пример работы "правила экологической пирамиды" из многажды цитированной статьи "Википедии". Он не придуман безвестным шутником, а взят из книги, написанной со звериной серьёзностью: Урикова Н.В., "Факторы, влияющие на экологическое состояние системы".
Пусть одного человека в течение года можно прокормить 300 форелями. Для их питания требуется 90 тысяч головастиков лягушек. Чтобы прокормить этих головастиков, необходимы 27 000 000 насекомых, которые потребляют за год 1 000 тонн травы. Если человек будет питаться растительной пищей, то все промежуточные ступени пирамиды можно выкинуть и тогда 1 000 т биомассы растений сможет прокормить в 1 000 раз больше людей.